Năm 1938, Trumbo kết hôn với Cleo Fincher. Bà sinh tại Fresno vào ngày 17 tháng 7 năm 1916, và di chuyển cùng với người mẹ đã ly dị, em trai và em gái của mình tới Los Angeles. Cleo Trumbo qua đời vì tuổi già ở tuổi 93 vào ngày 9 tháng 10 năm 2009 ở Los Altos. Vào thời gian đó, cô sống với cô con gái nhỏ Mitzi.[28][29] Gia đình Trumbo có ba người con: nhà làm phim và biên kịch Christopher Trumbo, một chuyên gia am hiểu về danh sách đen Hollywood; Melissa, tên thân mật là Mitzi, là một nhiếp ảnh gia; và Nikola Trumbo, một nhà trị liệu tâm lý.[30][31] Con gái Mitzi của ông đã hẹn hò với nam danh hài Steve Martin khi cả hai đều ở độ tuổi 20, chuyện được kể lại trong cuốn sách xuất bản năm 2007 của Martin, Born Standing Up. Rất nhiều bức ảnh quảng cáo thời kỳ đầu của Martin được chụp bởi Trumbo.